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UNIVERSIDAD METROPOLITANA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

TURBOMAQUINAS

PROFESOR SEBASTIAN RIBIS

CAVITACION PARA TURBINAS HIDRAULICAS Para demostrar este fenmeno, debemos saber que el tubo de descarga de la turbina forma parte de ella. El tubo de descarga puede ser cilndrico, troncocnico, elptico, etc. Su forma geomtrica depende del fabricante de la turbina. Si tenemos a la descarga una tubera cilndrica, sabemos que el fluido pierde presin a lo largo de la tubera. Como el dimetro es constante, en los casos de hidrulica la velocidad sera constante y la prdida de presin sera mayor al ser mayor la longitud del tubo de descarga. Esto provocara que el fluido no saliera, ya que el agua del embalse de descarga ocupara el espacio disponible, que no se llene por la no permanencia del lquido. Por ello, no se recomienda poner tubera de descarga cilndrica a turbinas, a menos que estas sean pequeas o sean del tipo Pelton, donde no hay tubera de descarga, ya que se coloca en el mismo seno del fluido. Por ello, se disea el tubo de succin como un difusor, con un ngulo creciente, porque se consigue una disminucin de la velocidad del fluido y una disminucin considerable del roce. Al tubo de descarga tambin se le llama tubera de aspiracin y tiene forma troncocnica. Ver deducciones hechas por el profesor. CONCLUSIONES:

1- Todas las turbinas grandes tienen mayor riesgo de cavitar. 2- Experimentalmente se encuentra que el ngulo ptimo de salida de los alabes en la salida

para evitar cavitacin es de 2 = 20

3- Si se coloca el mismo rodete trabajando como bomba o como turbina hidrulica, la

probabilidad de que se produzca cavitacin es menor en la turbina, porque el valor de NPSHr es menor para turbinas.

4- La zona mas peligrosa para que se produzca cavitacin es a la salida del rodete.



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1- m.

= 1A

* 1V

/ 1

=2A

*2V

/2

= Q* = AmC

**

Donde m.

es el flujo msico en Kg/s

A es el rea en m2 V es la velocidad en m/s

es el volumen especfico a la presin del vapor = /1 en m3/Kg

Q es el caudal volumtrico en m3/s Cm es la velocidad promedio absoluta que es perpendicular a la salida de la tobera 2- Para tener la velocidad de salida de la tobera

21

4,912

hhV

Donde h1 y h2 son las entalpas del fluido en los puntos 1 y 2 en Kcal/Kg 3- Si queremos calcular el rea de la seccin recta en cualquier punto n de la tobera, se puede usar la formula

nA= hDV

mnnm **/*

Donde Dm es el dimetro promedio de la tobera Y h es la altura promedio de la tobera por etapa 4- Para determinar la longitud recomendada de la tobera desde la garganta hasta la salida

0

*15 AL

Donde L est en cm.



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Ao es el rea de la seccin recta de la garganta en cm. 5- Si se requiere hallar la velocidad promedio Cm a la salida de la tobera del chorro de vapor

cos*CCm Donde C es la velocidad absoluta del flujo que sale

es el ngulo que forma el vapor con la tobera al salir de ella. Notas generales para recordar:

a- La forma de la seccin de la tobera puede ser circular, elptica, cuadrada o rectangular, siempre que se mantengan los ngulos redondeados.

b- La experiencia dice que el rendimiento de la tobera es independiente de la forma de su

seccin, cuando las superficies son lisas. Los valores de eficiencia comunes en toberas son de 96 y 97%

c- Las proporciones de las medidas de la tobera tienen relacin correcta entre las reas de

las secciones rectas correspondientes a la garganta y a la salida, y adems a la longitud de la tobera.

d- En la prctica el valor de L no debe ser mas grande del doble del valor dado por la formula

del valor recomendado. El motivo es que se debe evitar el aumento de las prdidas por rozamiento.

e- El extremo de salida de las toberas de una turbina de vapor se corta de manera oblicua, de

acuerdo al ngulo formado por el eje de la tobera y el plano de rotacin de los alabes. Esta inclinacin depende del fabricante del equipo. Generalmente, se usan ngulos de entrada pequeos, entre 10 y 30. Se recomiendan para mayor eficiencia entre 15 y 20. El motivo de este corte es dirigir lo mas correcto el vapor a los alabes al entrar a la turbina.



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Presin crtica de una tobera

Si representamos experimentalmente la curva m

vs12

/ PP para una tobera

Se tienen las siguientes conclusiones:

1- cuando 0

m no hay desplazamiento de vapor y 1/12

PP .

2- Cuando la turbina opera, el valor de 12

PP y el flujo aumenta de b hasta c

3- Si se continua trabajando, llega un momento en que a pesar de que el valor de 2

P

disminuye an mas, el flujo msico no vara y permanece constante ( desde c hasta a ) All se dice que el flujo es mximo.

El punto c, que es donde el flujo se estabiliza para quedar en mximo en una turbina de vapor, se llama punto de presin crtica. Esto ocurre de manera similar para cualquier Turbomquina Trmica. Los valores prcticos para el punto c son los siguientes:

Para vapor hmedo 58.0/12

PP

Para vapor sobrecalentado 54.0/12

PP

Para gases y / o aire 53.0/12

PP



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ESCALONAMIENTOS EN LAS TURBINAS DE VAPOR La velocidad en el chorro de vapor generalmente es elevada. Si toda la energa se transforma en trabajo til con una sola etapa o escaln, sera necesario que la turbina girase a valores exorbitantes de rpm, por ejemplo de 20.000 a 40.000 rpm. Tal velocidad requerira un reductor mecnico de dimensiones desproporcionadas. Por ello, se colocan escalonamientos en las turbinas de vapor, con el fin de disminuir la velocidad del rodete, conservando la velocidad de los alabes prxima al valor ptimo de trabajo con respecto a la velocidad del chorro de fluido, dependiendo si los rodetes son de accin o de reaccin. Existen dos tipos de escalonamientos, comnmente utilizados:

1- Escalonamiento de Presin Se le llama tambin Rateau. Para ello se usa en un grupo de toberas, de forma tal que el proceso se repite tantas veces como sea necesario para expansionarse completamente el vapor. Entonces, se colocan toberas en la entrada de cada hilera de alabes, o sea de una a otra y as sucesivamente.

2- Escalonamiento de Velocidad En este caso, se colocan tantos elementos de alabes como sea necesario, intercalando alabes mviles con alabes fijos y as sucesivamente. Se le llama escalonamiento Curtis. Comparacin entre ambos mtodos:

a- El escalonamiento Curtis es mas econmico que el Rateau b- Normalmente en turbinas de muy pequea envergadura se coloca el Curtis c- En turbinas de pequea y media potencia se usa el Rateau d- Se prefiere en las turbinas de gran eficiencia colocar un escalonamiento Rateau seguido

por uno Curtis.

REGULACION DE LAS TURBINAS DE VAPOR Como sabemos, las turbinas son equipos de trabajo que dependen de la demanda. Por ello, la carga mxima solo se necesitar en momentos de pico de carga y debe ser regulada en las dems horas de trabajo.



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Las turbinas de vapor pueden ser reguladas de dos maneras:

a- Por estrangulacin del flujo, mediante el control de las vlvulas automticas de entrada. b- Por el control de las toberas, mediante servomotores que abren o cierran los elementos.

TIPOS DE TURBINAS DE VAPOR: Existen diferentes tipos de turbinas de vapor especiales que son los siguientes

A. Turbinas de vapor sin condensador Su carcaza aloja un rodete del tipo Curtis, de dos o tres escalonamientos, regulamiento del tipo estrangulacin y de alojamiento directo. Trabajan para suministrar energa para accionar una bomba, un molino, un ventilador, etc. Ya que utiliza el vapor de escape para calentar el agua de alimentacin.

B. Turbinas tipo rentrante

Se le llama a aquella que el vapor vuelve a entrar en el nico rodete despus de abandonar la tobera. Esto se logra colocando las toberas directamente en lnea con el borde del rotor. El vapor que sale de la tobera entra en huecos en forma de taza situados en el rotor y sufre de inversin de 180. Trabajan tambin sin condensador.

C. Turbina de contrapresin Se aplica a aquellas que no tienen condensador y con el escape en comunicacin con algn aparato que utiliza vapor trabajando a una presin mas baja. Cuando se instala en una central ya construida que requiere aumentar su potencia, se llama turbina superior o superpuesta.

D. Turbina de extraccin Las que permiten sacar vapor (sangrado) en diferentes puntos ya que en muchas industrias se necesita para procesos de vapor a baja presin.

E. Turbinas baja presin Funcionan frecuentemente con vapor de entrada a la presin atmosfrica.

F. Turbinas Tandem Compound Usa escalonamientos mltiples y se crean problemas por altas presiones y temperaturas.

G. Turbinas de reaccin En este caso la expansin del vapor ocurre en los alabes. Las turbinas de reaccin necesitan mas escalonamiento que los de accin. Cuando el flujo es axial las turbinas de reaccin se llama Parsons.



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Cuando el flujo el radial las turbinas de reaccin se llama Ljungstrom

H. Turbinas de accin Aquellas que usan el impulso del chorro para mover los alabes se denominan turbinas de accin.

MATERIALES DE CONSTRUCCION PARA TURBOMAQUINAS TERMICAS Este captulo depende del tipo de TBM y de los avances en las ciencias de los materiales. Se recomienda revisar la bibliografa existente en el libro de Claudio Mataix, de TBM Trmicas.

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